三代四型、有方有圓、大小不一、輕重各異……在國防科大智能科學學院的實驗室裡，藏著這樣一批神秘的“鋁匣子”。在外人看來，這些帶著藍色屏幕的“鋁匣子”長相古怪，不知做何用途。懂行的人知道，它們填補了中國國產重力儀研發的空白，使我國成為繼俄、美、德之後第四個研製出捷聯式航空重力儀的國家。

這些被稱為“地球CT儀”的重力測量“神器”，由一支當時平均年齡不到31歲的年輕人，耗費17年時間自主研發而成。它的誕生，為中國核心重力測繪裝備的國產化開闢了一番嶄新天地。

打破壟斷：“五年內攻下這個山頭！”

9.8N/Kg，這是人們對重力係數的常規認知。但實際上，由於地表構造複雜，不同地區的重力係數相差甚大。

在該團隊負責人吳美平教授看來，“精確的重力信息分佈圖已成為國家重要戰略資源，沒有自己的重力信息分佈圖，遠程精準打擊就無從談起。”

繪製精確的重力信息分佈圖，就像給地球拍“CT”,微小的重力誤差極可能引起“誤診”，從而導致導彈偏離預定落點幾百米甚至上千米，或者影響潛艇的導航性能與戰略隱蔽能力。

隨著科技的發展，精確的重力信息分佈圖對國家安全的重要性與日俱增。而圍繞軍用重力測量領域的技術博弈與封鎖也頻頻上演。

2003年以前，我國對國內地形複雜的區域進行重力測量，只能依賴進口的高精度重力儀。而一台重力儀，往往要花費數百萬元甚至上千萬元。由於重力信息敏感，一旦儀器出現小故障，無法返修，只能直接報廢。

與造成巨額的經濟損失相對比，更讓人無奈的是“有錢都買不到”。“國外賣家很警惕，一聽說我方有對超高精度重力儀與關鍵器件的購買需求，直接拒絕。”

此情此境下，研製具有自主知識產權的高精度航空重力儀的需求呼之欲出。2005年，國家863計劃將此目標列入項目名單，並在全國范圍內尋找研發機構。可面對國外技術封鎖、關鍵器件禁運與諸多未知的困難，幾乎所有科研團隊均望而卻步。

“五年內攻下這個山頭！”時任自動控制系副主任的吳美平教授，帶著一支年輕的6人隊伍，接下了這塊難啃的“硬骨頭”。

“國內該領域的技術一片空白，這要怎麼搞？”雖然早在2003年，團隊就已經開始了捷聯式航空重力儀理論方法的研究，但面對“五年內攻下山頭”的軍令狀，大夥兒心裡還是一點底都沒有。

項目申請成功後，大夥兒馬不停蹄，投入到緊張的研發之中。一間不足20平米的房子，成為了他們簡陋的實驗室。夏天光著膀子調試設備，冬天裹著被子推導公式，實驗室的燈光常常從早上亮到早上，焊接儀器燒壞的電路板也在角落裡堆了一摞。第一年，吳美平教授就瘦了近20斤。妻子常抱怨：“雖然家就在學校門口，卻像是兩地分居。”

功夫不負有心人，三年後，第一代捷聯式航空重力儀試驗樣機終於誕生了！在距東海海平面400米高的飛機上，當航空重力儀的顯示屏上出現了一條條變動的函數曲線時，大家心裡那根緊繃了三年​​的弦，終於可以暫時鬆鬆了。這台試驗樣機，成功測出了我國自主研發重力儀的第一批重力數據，內符合精度達到5mGal/10km。

逆境赶超:“在顛簸中測出頭髮絲1/100的位移”

數據測出來了，可團隊的“野心”遠不止於此，他們把目光投向了更高的“山峰”——提高測量精度和空間分辨率。於是，第二道坎又擺在了眼前。離樣機中期驗收的時間僅有一個月了，可樣機測算數據距預想指標還遙遙無期，每個人的心情又沉重起來。

“基於國產器件不可能研製出高精度重力儀。”申請立項時，國內權威專家的論斷似乎又響在了耳邊。

“沒有’中國芯’，研製出來的儀器還是要受制於人！”

“國產器件的精度缺陷真的不能被補償嗎？”一籌莫展之際，吳美平教授提起了錢學森利用系統控制原理，在各部件加工精度有限的情況下成功研製出導彈的故事。彷彿看到了黑暗中的曙光，他們瞄準了研製“中國芯”的新方向——優化系統設計與算法。

一行行實驗數據、一條條測試曲線、一份份實驗測試方案……項目組成員聚在實驗室裡研究、分析、討論，幾乎沒有周末。近半米高的文字資料和實驗數據擺滿案頭，他們逐字逐句對比每一份資料，反反复複分析每一個測試數據。這個從0到1的過程，也把團隊成員逼成了“多面手”，“搞電氣的得懂機械設計和軟件流程，做機械的得明白電氣走線和濾波算法。”

用國產傳感器在飛機飛行中測出10-6g量級的微弱重力異常，其難度相當於在顛簸的車輛中去測車內設備一根頭髮絲1/100的位移，這可能嗎？

完全可能！當他們將國產加速度計安裝到優化設計了的儀器中，測出了比傳感器出廠精度指標還要高的精度時，連廠家都無法置信，“這相當於用捲尺測出了游標卡尺的精度。”

千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金。2009年，團隊終於研製出第一代具有完全自主知識產權的捷聯式航空重力儀工程樣機——SGA-WZ01，精度達到了1.5mGal/5km，這標誌著我國成為繼俄、美、德之後第四個研製出捷聯式航空重力儀的國家。

2012年8月，應丹麥技術大學的邀請，吳美平教授帶領三名團隊骨幹師生，攜帶SGA-WZ01飛赴丹麥，參加北極格陵蘭島航空重力聯合科學實驗，這是我國自主研發的重力儀在國際舞台上的“首秀”，每個人既滿心期待又壓力山大。

令人驕傲的是，這台“獨苗”不負眾望，完美完成8個架次7500km的飛行試驗。當電腦屏幕上顯示出飛行試驗重力數據初步處理結果的一瞬間，歡呼聲沸騰起來，國際測地協會副主席Rene Forsberg教授也微笑著豎起了大拇指，“這才是真正意義上的航空重力測量儀器！”

科研之路，境無止境。17年來，在提高重力儀精度與分辨率、拓展重力儀環境適應性、實現重力儀小型化的征途中，團隊一直在“爬坡過坎”。如今，團隊已經擁有四種型號的捷聯式重力儀，可分別應用於陸地、航空、海面、水下等不同區域。近兩年，“不滿足”的他們又把“主意”打到了無人機上。今年5月，團隊在敦煌成功開展了國內首次無人機航空重力測量試驗。

當被問及為何“永不滿足”時？他們這樣回答：“除了國土疆域，每個國家還有技術疆域。技術疆域越大，受制於人的地方越少，國家的’腰桿子’就越硬，國際認可度就越高。這些年我們所做的事，就是要為擴大我國的技術疆域貢獻一份力量。”

挑戰極限：向南極與珠峰進軍

2019年11月17日，上海地質碼頭，兩套新型捷聯式重力儀被封裝進“雪龍號”科考船的大艙。它們將與團隊的曹聚亮研究員一起，橫跨半個地球，直抵南極中山站，加入我國第36次南極科學考察隊固定翼飛機隊。

此次攜帶自主研製的重力儀挺進南極，不光是全校科研團隊首次南極科考，更是在全國此領域開了先河。

“在南極高緯度和極低溫的環境條件下，慣導系統初始對準精度下降，自研的捷聯式重力儀精度和可靠性如何，能否順利完成測量任務？”縱然對自家的設備信心滿滿，但一想到即將面對的是南極特殊的地理位置和惡劣的氣候環境，大家心裡難免捏了把汗，手上的準備工作也加快了進度。

哪知，計劃趕不上變化。試驗伊始，就遇上了電源不足的問題。出於安全考慮，重力儀在飛行過程中不接入飛機機載供電系統，只能用自帶電源。可“一旦開啟實驗，設備不能斷電，而攜帶的UPS不間斷電源在低溫下僅能夠續航5個小時，飛機一架次8個小時，剩下的3個小時去哪裡找電源呢？”

思來想去，曹聚亮找到了解決之道——改裝UPS。在隊友的協助下，他將UPS充放電迴路分開，提高供電效率，現場製作了一個24V/100AH的超級“充電寶”，充滿電後可保證重力儀工作10h以上，解決了實驗電源不足的問題。

可飛行試驗期間，機載的測冰雷達又出了故障，功放報警，信號無法發射出去。飛行高度不斷攀升，高原反應也愈加劇烈，精通電氣系統的曹聚亮只能一邊吸著氧氣，一邊協助定位故障原因並進行臨時性修復，保證了科考任務的順利完成。

就這樣，在長達三個月的南極科考期間，曹聚亮獨自一人超額完成捷聯式重力儀的各項測量任務，首次成功獲取了南極伊麗莎白公主地、埃默里冰架區域的第一手重力場數據。這是我國自主研製的航空載荷首次實現在南極的應用示範，對拓展自主載荷應用和提升我國南極考察監測能力有重要的意義。

在海上漂泊了43天后終於回到了上海，正趕上國內疫情肆虐，曹聚亮被滯留在了上海隔離。隔離期滿的前一天，五個月未歸家的他，接到了保障捷聯式航空重力儀珠峰測量​​任務的命令。

15年後我國重啟珠峰“身高”測量，舉世矚目。深知任務的重要性，第二天，本該飛回長沙的曹聚亮，二話沒說坐上了前往拉薩的班機。

5月的珠峰北坡，白雪皚皚。2020珠峰高程測量登山隊隊員攜帶雪深雷達、地面重力儀等儀器設備向最高點攻頂。

搭載團隊自主研製的捷聯式航空重力儀的“航空地質一號”飛機

與此同時，在珠穆朗瑪地區10000米的高空，當飛機載著團隊自主研製的新一代捷聯式航空重力儀，像犁地一樣沿著事先設計好的測線飛行，獲取空間重力數據時，日喀則機場的停機坪上，現場工作人員也在耐心等待著飛機的降落。每飛完一個架次，趁著飛機落地休整空隙，大家趕緊從重力設備中導出測得的數據。而這一忙活，往往從“魚肚白”忙活到“夜深沉”。

“對取回的測量數據進行初步處理分析後，我們得出了這兩張珠峰重力模型圖。”指著電腦上兩張看起來一模一樣的區域重力場分佈圖，曹聚亮繼續說道：“這兩張圖的數據一張由我們的航空重力儀測出，另一張由國外最先進的同類裝備測出。你看，測量結果基本一致。” 這意味著，在極限環境中，團隊所研發的捷聯式重力儀性能與國際最先進的同類裝備已不相上下。

如今，珠峰高程測量任務已圓滿完成。長路漫漫待求索，翻越了這個“山峰”，在為國開拓技術疆域的征程中，團隊成員仍舊步履不停。